5G绿色机房综合节能研究

王春雷，吴 鑫，叶耀东，潘建仕，魏 波

（中国移动通信集团浙江有限公司湖州分公司，浙江 湖州 313000）

0 引 言

中国移动通信集团浙江有限公司湖州分公司坚持以“两山”理念为指导，落实到网络规划、生产运维全过程。不同机房通过应用光伏叠加控制技术、智能冷热场、新风冷气机以及新风一体机等技术，评估建设和改造一批5G绿色机房，实现降本增效精细化管控[1]。

1 精准规划，光伏叠加技术绿色用能

48 V光伏叠加系统，将控制器系统接入原有开关电源系统，实现对每块光伏板最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT），减少阴影遮挡造成的功率损失，比传统光伏控制器提升发电量5%～20%一级功率变换，最大转换效率99%。根据开关电源直流负载情况，单站约100 A，充分利用基站屋顶20～63 m2空间，单套电源加装8块540 W光伏组件（所需面积约16 m2），总发电功率4.32 kW，总投资约24 700元，年发电量约5 428 kW·h，可年节省电费约3 799.6元（平均单价按0.7元/（kW·h）计），比原有电费降低了30.97%。光伏叠加控制器原理如图1所示。

图1 光伏叠加控制器原理图

浙江湖州世纪大道1、浙江湖州世纪大道3、织里污水站安装3套单板功率540 W，光伏总发电为4.3 kW，经过2022年7月3日—7月10日实际测算和电表发电量采集，单套设备日发电量约20 kW·h。湖州部署48 V光伏叠加系统128套，绿电机房比例为7.7%。以上3地的48 V光伏叠加系统节电测试如表1所示。

表1 48 V光伏叠加系统节电测试

相比传统逆变形式光伏系统，48 V光伏叠加系统通过直接给负载并网的方式给负载供电，48 V光伏叠加系统全并联组网，组网灵活、系统可靠性更强，组件并联，任意组件故障不影响系统输出，安装及并网连接操作简单。48 V光伏叠加系统减少了转换效率，直接供给负载供电。光伏适配器实现对每块光伏板MPPT，减少阴影遮挡造成的功率损失，比传统光伏控制器提升发电量5%～20%。一级功率变换，最大转换效率为99%。48 V光伏叠加系统采用模块化安装，施工安装简便快速，直接接入开关电源母排，现场改造方便，操作简单[2,3]。

2 细致温控以及冷热场改善热循环

随着云无线接入网（Cloud-Radio Access Network，C-RAN）机房启用，室内基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）堆叠放置在传统综合机柜内[4]。传统综合机柜内集中堆叠BBU时：热量堆积、散热不畅，将形成局部超高温，即使拆掉综合柜前后门板，也无济于事；当机房外市电停电，BBU会高温停机，严重影响网络安全；由于BBU集中堆叠，机房能耗增加，不利于降本增效工作的开展。

某节点传统BBU综合柜内现状如图2所示。在空调温度工作设置25 ℃情况下，综合柜后出风口门板温度高达50.5 ℃，测得BBU扇热处温度最高60.7 ℃。

图2 某节点传统BBU综合柜现状

根据现有华为和爱立信BBU设备引入5G BBU智能冷热场技术，主要原理如图3所示。采用BBU专用机柜，不同品牌的5G BBU堆叠至专用机柜内，智能冷热场技术将冷热场合理分区，将BBU设备热量收集后排放至室外。减少机房热量，减少空调配置，降低空调制冷需求从而实现节能；同时排热风机在市电停电后可以继续工作，持续将热量排出，实现连续制冷的功能，解决停电后BBU迅速升温导致宕机的隐患。

图3 BBU堆叠工作原理

湖州江蒋漾汇聚机房已安装两个5G华为BBU专用柜，该机柜满配8台华为BBU，实际割接7台BBU，华为典型功耗平均750 W，按照空调能效比2.7计算，日均节电15～20 kW·h。湖州全地区目前交维C-RAN堆叠机房354个，远期将达到411个站点。按照普通非密集BBU堆叠，利用率在55%左右，全年预计可节省电量796 500 kW·h。

3 新风系统节省空调能耗

目前，移动基站耗电总量的需求越来越大，设备增加之后空调24 h不停工作，因此降低空调耗电量是节能减排的首要任务。2022年，浙江省提出无空调机房试点，在保证机房通信设备正常工作的情况下，采取必要的通风手段降低机房内温度。中国移动通信集团浙江有限公司湖州分公司通过使用雨水型新风冷气机和新风一体机，关断站点内空调运行，实现室内室外热交换。

3.1 新风冷气机

新风冷气机原理如图4所示。新风冷气机系统利用室外自然冷源及物理降热的方法，将湿冷的清洁空气送入机房，改善机房气流，降低机房温度，是对空调单一冷源的有效补充。该系统可以替代空调满足制冷需求，可以解决部分高负荷局部过热机房高温报警问题，同时有效降低机房空调能耗。对于新型新风冷气机系统风机，采用离心风机，其原因是新风机风压大、风速高，有助于室内空气快速流动[5]。

图4 新风冷气机原理

2020年10月，评估新风冷气机的野外自建机房15个，其平均电流94 A，年平均总耗电55 835 kW·h。同时，选取类似机房没有安装新风冷气机的站点15个，其平均电流98 A，年平均总耗电66 155 kW·h。后台读取交流智能电表数据，2020年10月至2021年9月机房总耗电数据，平均电源使用效率（Power Usage Effectivenes，PUE）值从1.45降低至1.26，相比改造前节省电费42.2%，节省电能效果明显。

3.2 新风一体机

新风一体化机房专用空调是一款节能一体化空调，不仅具备机房专用空调的高能效比、高显热比的节能效果外，还将自然冷源通过新风引入与压缩机制冷系统设计于一体，根据基站内部的热负荷以及外界环境温度智能地选择工作模式，实现最优的节能效果。

4 结 论

中国移动通信集团浙江有限公司湖州分公司引入48 V光伏叠加系统、5G BBU智能冷热场技术、新风冷气机以及新风一体机等措施打造湖州特色的5G绿色机房，通过采用光、风等绿色能源，降低站点能耗、改造PUE。在保证机房设备正常运行的前提下，降本增效效果明显。